超聲波變幅桿作用及性能

　　超聲波變幅桿也叫超聲變速桿和超聲聚能器。它在超聲技術中非常重要，尤其是在高聲強超聲設備的振動系統中。

　　超聲波變幅桿的作用是放大機械振動的質點位移或速度，或將超聲波能量集中在一個小區(qū)域，即聚能。我們知道，在20kH范圍內，超聲換能器輻射面的振動幅度只有幾微米。但在高聲強的應用中，如超聲加工、超聲焊接、超聲金屬成形(包括飛絲和超聲冷拉管的鉚接等)，以及一些超聲手術設備和超聲疲勞試驗應用中，輻射面的振動幅度一般需要幾十到幾百微米。因此，必須將超聲波變幅桿連接到換能器的端面，以放大機械振動幅度。此外，超聲波變幅桿還可以作為機械阻抗變換器，匹配換能器與聲學負載之間的阻抗，使超聲能量可以有效地從換能器傳遞到負載。

　　超聲波變幅桿性能可以用很多參數來描述。實際應用中常用的有:共振頻率(共振長度)、放大系數、形狀系數、輸入力阻抗和彎曲剛度等。放大系數是指變幅桿工作在共振頻率時，輸出端與輸入端之間的質點位移或速度振幅之比;形狀因子是衡量變幅桿振動速度的指標之一，它只與變幅桿的幾何形狀有關。數值越大，可以達到的振動速度越大。輸入力阻抗定義了輸入力與粒子振動速度的復比值。在實際應用中，經常要求輸入力的阻抗隨頻率和負載變化較小。彎曲剛度是彎曲柔度的倒數。變幅桿越長，彎曲柔度越大，這在許多實際應用中需要避免。彎曲剛度也與變幅桿的幾何形狀有關。

　　在超聲波焊接的應用中，人們根據實際需要開發(fā)了各種類型的變幅桿。簡單而常用的幅度變換器有指數、懸鏈線、階梯和圓錐幅度變換器。這類變幅桿稱為單一變幅桿。此外，為了改善變幅桿的一些性能，例如增加形狀因子和放大因子，已經開發(fā)了各種組合變幅桿，它們由兩個以上不同形狀的桿組成。在實際應用中，也有一些組合系統與幾個單一變幅桿級聯工作，這是另一個問題。除了上面提到的變幅桿之外，在一些應用中，有時還需要一些非桿式的振幅變換器，形狀為圓盤形或矩形，我們稱之為變幅器。有些變幅桿不僅有改變振動幅度的功能，還有改變振動方向的功能。